關于高層辦公樓建筑結(jié)構(gòu)設計研究

劉芳

摘 要：21世紀我國的科學技術取得飛躍式的進步與發(fā)展，這是眾所周知的，目前我國人民的生活水平已經(jīng)有了很大程度的提高，這在很大程度上促進了我國建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，與此同時，隨著人們生活品位的提升，對于建筑空間的提升以及安全性能的要求越來越強烈，為此，本文就高層辦公建筑結(jié)構(gòu)設計進行了具體分析，以便于對以后的建筑工程事業(yè)提供借鑒和參考。

關鍵詞：綜合建筑；高層辦公樓；結(jié)構(gòu)設計

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A

目前隨著城市化進程的發(fā)展，對建筑的造型和功能提出了較高的要求，一些高層酒店、辦公樓這一類的建筑在設計時需要設置通高的共享空間，或者是局部設置通高的綠化空間，而傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設計方法無法滿足其功能需要，為此，這就需要結(jié)構(gòu)工程師在此基礎上進行具體分析，妥善處理，從而保證建筑物的安全性及、可靠性。本文作者主要就高層辦公樓建筑結(jié)構(gòu)設計進行了分析與探討。

一、研究背景

當前經(jīng)濟背景下，我國的科學技術取得飛躍式的進步與發(fā)展，進而也在很大程度上推進了我國的城市化建設進程，尤其是伴隨著我國人民的生活水平的提高，更進一步地促進了我國建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，此外，由于現(xiàn)代人們對生活品位要求的上升，不僅對建筑空間的要求有所提升，同時對建筑的安全性及可靠性的要求越來越高。而傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設計方法無法滿足其功能需要，為此，需加以重新設計，確保其設計的科學性、合理性、規(guī)范性以及經(jīng)濟性，由于傳統(tǒng)性結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)其要求，加上結(jié)構(gòu)設計本身受力復雜、為此，必須要對建筑結(jié)構(gòu)的功能各個方面出發(fā)充分考慮合理設計，從而提高建筑物的安全性及、可靠性。

二、普通高層辦公綜合建筑結(jié)構(gòu)設計要點

1 主體結(jié)構(gòu)

對于主體結(jié)構(gòu)的設計主要考慮到其結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)的適用范圍以及基本尺度，以下作具體的分析與說明：

首先是框架結(jié)構(gòu)，一般而言，框架結(jié)構(gòu)主要用于50m（10～12層）高度以下的辦公建筑以及高層建筑。因此，在進行框架結(jié)構(gòu)的設計時需要注意以下幾點：

一是要確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)傳力的直接性以及對稱的均勻度，同時，為了方便于地下室的有效布置和經(jīng)濟性，柱網(wǎng)尺寸選擇7.4m～12m為宜，這也是最為常用的高層柱網(wǎng)尺寸，同時，為了保證上部分商業(yè)區(qū)域的設置與布置，確保其良好的景觀視野和柜臺布置，小柱網(wǎng)控制在5m～6m為宜；

二要從結(jié)構(gòu)角度講，柱網(wǎng)的尺寸可以適當放大，但是結(jié)構(gòu)的上下不需要傳力直接或者是轉(zhuǎn)換，為了更加有利于框架梁鋼筋的抗震錨固，框架柱的斷面適當放大，與此同時，為了達到更好的經(jīng)濟效果，促進施工速度的加快，確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)剛度的合理性，可以適當減少框架柱的數(shù)量；

三是對于框架結(jié)構(gòu)本身而言，為了保證其整體的穩(wěn)定性與抗側(cè)能力，這與自身結(jié)構(gòu)密切相關，為此在設置前期，合理確定柱斷面，斷面尺寸不可以過小，控制垂直荷載下的軸壓比（通常即為斷面壓應力與混凝土抗壓強度之比）具體的數(shù)值為：角柱0.65-0.75，邊柱0.7-0.8，中柱0.75-0.85。

其次是簡體稀柱框架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是近年來一種具有發(fā)展前景的框架結(jié)構(gòu)體系，其主要由周邊稀柱框架和中央核心筒構(gòu)成，也近10年發(fā)展起來的，國外多采用鋼結(jié)構(gòu)，核心筒與鋼框架的鋼梁上、鋼往采用混凝土組合，周邊鋼柱用鋼梁鉸接支承，而周邊的稀柱外框筒與核心筒協(xié)同工作，若是剛度不足時，避難層與設備層可以加設外伸剛臂，并與其共同工作，且具有一個明顯的優(yōu)點就是可以降低施工成本，減少勞動力，加快施工進度，但是也存在著一個明顯的優(yōu)點，就是樓面梁鉸接的共抗側(cè)作用未能及時有效發(fā)揮，這樣，忽視了建筑整體的合理性，只保證了某個構(gòu)件以及局部的合理性，不僅會影響到建筑的使用標準，而且層高過高，會降低平面的利用系數(shù)，最終導致整體造價提升，為此，在實際應用中，需要通過綜合考慮，堅持合理的設計思想，選用合理的設計方法，使得每一個構(gòu)件的作用得到發(fā)揮，并保證其協(xié)同作用，既可以保證整體空間的抗側(cè)能力，而且可以設計出一個優(yōu)秀的作品，具體如圖1所示。

第三是剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑工程中，剪力墻結(jié)構(gòu)主要適應于高層住宅，尤其是利于家具的分隔與布置，而且具有較好的隔音、防盜、防火、分戶功能，根據(jù)大量工程實踐研究發(fā)現(xiàn)，剪力墻在大開間分戶墻的應用，既可以承受水平荷載，又可以承受垂直荷載，間距約在6m～8m左右，可以說是一種比較可行又實際的結(jié)構(gòu)布置，而對于高層公寓住宅而言，其自重只相當于其一半左右，加上小開間用墻多，自重大、施工困難，平面不靈活，有害無利，結(jié)構(gòu)剛度大，用鋼量增加，目前已經(jīng)被歷史所淘汰。

2 樓層蓋結(jié)構(gòu)

對于樓層蓋結(jié)構(gòu)的設計分析同樣也從三個方面出發(fā)，即類型、基本尺度和適應范圍，以下具體說明：

（1）梁格布置和樓層面板。

高層建筑樓層蓋為了保證其自身的穩(wěn)定性與水平性，需要水平面保持應有的剛度，尤其是對于現(xiàn)澆鋼筑混凝土結(jié)構(gòu)，同時，可以改善樓板隔聲防震效果，更為主要的是方便于電氣設備的走線和埋管，一般情況下，板的厚度要求保持在8cm～10cm為宜，若是立足于工作的經(jīng)濟角度，梁格布置的距離以3cm～4cm為宜，尤其是對于高層建筑結(jié)構(gòu)，斷面、構(gòu)件（柱、墻、簡體）均相對較大，在水平溫差的影響下，梁板會有相對較大的收縮應力，加上板厚些，為此，可以根據(jù)需要適當配置貫通分布鋼筋，以防止地面裝修破壞，提高整體樓層剛度，控制裂縫的發(fā)生。對于梁格的布置，要求在樓層面結(jié)構(gòu)的設計中盡可能使其傳力直接，為了提升室內(nèi)的空間質(zhì)量，要保證梁格布置與建筑內(nèi)隔墻之間的對齊與有機統(tǒng)一，當存在著一定的困難時，可以采用預應力跨度厚平板，適應使得梁的間中擴大，此時，板厚預應力取值L/40-L/50，其中，L則為板的短向跨度，另外，隨著板厚的的增中，室內(nèi)凈度也會加大，層高則減小，根據(jù)經(jīng)濟效益分析，其具有可行性。

（2）梁的運用。

隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)的發(fā)展以及建筑技術水平的提升，人們對建筑空間要求不斷提升，主要表現(xiàn)為對空間靈活性和景觀視野的提升，因此，在這種情況下，樓面梁跨度要適當加大，但由于樓高不允許，因此，這就成為一個關鍵的問題。在實際應用中，可以考慮以下方面：

一是為了保證建筑層高的合理性，要保證配筋合理以及梁自身的高度，豎向結(jié)構(gòu)相應加大，會導致成本的增加，為此，可以在其中應用扁梁或者是寬扁梁，保證其強大的生命力，不僅可以降低結(jié)構(gòu)成本，具有良好的經(jīng)濟性，而且可以保證很好的穩(wěn)定性；

二是從抗震角度講，由于高層建筑與多層建筑之間有著很大的不同，為此，必須要考慮其整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，包括支撐、剪力撐、筒體、剛臂等，并且可以適當增加剛度，確保結(jié)構(gòu)的總體剛度、穩(wěn)定性以及抗側(cè)力。

另外，要確定抗震等級，帶地下室的建筑，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時，此處的樓層部位在地震作用下屈服時將影響到地下一層，因此地下一層的抗震等級應與上部結(jié)構(gòu)相同；與主樓相連的裙房確定抗震等級時，除應按本身考慮外，還不應低于主樓的抗震等級；若框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的50%，該部分已不能被視作次要抗側(cè)力構(gòu)件。

結(jié)語

總而言之，現(xiàn)代生活要求高層辦公樓設計要更加合理、科學、舒適，要有較大的靈活的自由空間，通過剪力墻設計，提高其抗側(cè)強度，滿足建筑不同的使用要求，減少地震荷載、風荷載，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，并且區(qū)性設計過程中，充分考慮建筑的使用功能和結(jié)構(gòu)合理性，合理布置剪力墻、柱、框架梁，有效地滿足水平和豎向荷載。

參考文獻

[1]孫皓.普通高層辦公綜合建筑結(jié)構(gòu)設計初探[J].科技風，2012（10）：169.

[2]楊淑梅，王唯賾.高層辦公建筑系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)概念設計研究[J].科技咨詢導報，2006（18）：89-90.

[3]焦雷，李合章.建筑設計中超常尺度的視覺心理效應分析[J].工程建設與設計，2007（11）：16-20.